5.1.8. Новые направления в конструировании
электролизеров
Новые направления к конструировании электролизеров условно можно разделить на:
1. Применение жаропрочных бетонов для изготовления фундаментов электролизеров.
2. Применение новых огнеупорных материалов для футеровки. В частности, применение карбида кремния на связке из нитрида кремния имеет электрическое сопротивление в 5000 раз больше, чем у графита, что позволяет уменьшить расстояние между боковыми стенками и анодом. Сами блоки могут быть тоньше угольных, что улучшает теплоотвод и позволяет работать с большими плотностями тока.
3. Использование новых токоподводящих материалов к жидкому алюминию. К ним относится карбид титана и дибориды титана и циркония.
4. Применение непрерывных обожженных блочных анодов. Электролизеры этого типа объединяют достоинства электролизеров с обожженными и самообжигающимися анодами. Анод собирают из заранее обожженных блоков, имеющих сбоку гнезда для анодных штырей (рис.5.20).
Рис.5.20. Схема электролизера с непрерывными обожженными блочными анодами.
1- цоколь, 2- подовые блоки, анодные спуски, 3- катодные стержни, анодный кожух, 4- анодные штыри, 5- блочные аноды, 6- анодная шина.
Блоки укладывают один на другой в анодном кожухе на прослойку анодной массы. Анодные штыри также на прослойке анодной массы вставляют в заранее изготовленные боковые отверстия. По мере работы анода в процессе коксования отдельные блоки спекаются в один монолит. По мере срабатывания анода и приближения анодных штырей к катоду, штыри выкручиваются и переставляются в верхний ряд отверстий, аналогично электролизеру с непрерывным самообжигающимся анодом и ботовым токоподводом.
Достоинства электролизера с непрерывными обожженными блочными анодами:
- нет огарка как у электролизеров с обожженными анодами и расход анодов меньше, чем у непрерывных самообжигающихся;
- низкое падение напряжение в аноде;
- имеется возможность интенсификации процесса;
- высокая равномерность распределения тока и равномерное сгорание анода.
5.1.9. Ошиновка электролизеров
Алюминиевые электролизеры относятся к немногим электрохимическим аппаратам с горизонтальным расположением электродов. При этом, площадь анода значительно меньше площади катодного устройства и зеркала расплавленного катода. Различие площадей приводит к неравномерности распределения плотности тока и, соответственно, температуры в разных точках расплавленного алюминия. Наличие градиента температур и обусловленных им градиентов плотности и поверхностного натяжения приводит к возникновению в слое металла интенсивных конвективных потоков, направленных из центра электролизера к его краям. Эти потоки способствуют удалению пузырьков СО и СО2, образующихся на нижней горизонтальной поверхности анода. С другой стороны, эти же потоки размывают гарниссаж, предохраняющий от окисления угольные блоки боковой футеровки. В результате срок межремонтного пробега электролизера снижается.
Питание электролизеров электрическим током в десятки и сотни тысяч ампер приводит к возникновению вокруг электролизеров магнитных полей очень высокой интенсивности. Причем, конфигурация этих полей сложная и зависит от способа подвода электрического тока к электролизеру и расположения ферромагнитных металлоконструкций . Взаимодействие этих полей с токами, протекающими по металлу и электролиту приводят к возникновению электромагнитных сил, искривляющих поверхность алюминия и придающих ему куполообразную форму. Искривление поверхности катода приводит к неравномерному сгоранию анода.
Кривизна и форма куполообразной поверхности жидкого алюминия в значительной степени зависит от способа подвода тока. При одностороннем подводе тока кривизна поверхности неравномерна и неустойчива во времени. Неравномерность уменьшается при двухстороннем подводе тока к электролизеру; пик купола в этом случае расположен под центром анода.
Изменчивость формы катода во времени может быть причиной короткого замыкания анода и катода и потерь электрического тока. Интенсивные потоки электролита могут также извлечь часть металла в анодную зону, что приведет к ее потере и снижению общей производительности электролизера. Все это в целом объясняет большой интерес к способам подключения электролизеров в серию.
Наиболее
простой схемой подключения электролизеров
малой мощности является односторонняя
схема при их продольном расположении
(рис.5.21).
Рис.5.21. Односторонняя схема подвода тока.
1-анодные стояки, 2-анодные шины, 3-анодные спуски, 4-штыри, 5-катодные стержни, 6-катодные спуски, 7-катодные шины, 8-место замыкания шин при выключении электролизера
Для более мощных электролизеров разработаны иные схемы питания, например с двухсторонним подводом тока к аноду (рис.5.22) и с двухсторонним подводом и отводом тока при поперечном расположении электролизеров (рис.5.23).
Рис.5.22. Схема с двухсторонним подводом тока к аноду
и односторонним отводом от катода.
1-анодные стояки, 2-анодные шины, 3-анодные спуски, 4-штыри, 5-катодные стержни, 6-катодные спуски, 7-катодные шины, 8-место замыкания шин при выключении электролизера, 9-катодные шины (расщепленные), 10-обводные шины.
